多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題分析

孫曉寧 岳龍龍

【摘 要】隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)在建筑工程建設(shè)中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。文章將多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問題予以分析總結(jié)，以期為相關(guān)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】多層框架房屋;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);鋼筋混凝土;荷載計(jì)算

【Abstract】With the development of China's construction industry， multi-layered reinforced concrete frame structure in building construction has been widely used. Multi-frame structure design house several issues that need attention articles will be analyzed and summarized in order to provide a reference for the relevant personnel.

【Key words】Multi-frame house;Structural design;Reinforced concrete;Load Calculation

鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)由于具有結(jié)構(gòu)傳力明確、結(jié)構(gòu)靈活、整體性強(qiáng)、抗震能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中。雖然該種結(jié)構(gòu)形式看上去比較簡單，但是在設(shè)計(jì)時(shí)，若把握不好，將會(huì)出現(xiàn)很多問題，以下是本人根據(jù)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的幾個(gè)多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中值得我們思考的問題，以供大家參考。

1. 獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值

通常情況下，多層框架房屋采用的是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的形式，而《抗震規(guī)范》中明確指出，在地基的主要持力層沒有軟弱粘性土層的情況下，當(dāng)建筑高度在25米以內(nèi)且層數(shù)在8層以內(nèi)的一般民用建筑，可以不對地基和基礎(chǔ)的抗震承載力進(jìn)行驗(yàn)算。但是在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該要將風(fēng)荷載考慮進(jìn)去。所以，不能因?yàn)橐话憬ㄖ诘卣饏^(qū)風(fēng)荷載不是控制荷載而忽略了。還有些設(shè)計(jì)師在進(jìn)行獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值取值不合理，只對軸力與彎曲采取了設(shè)計(jì)值，而未能考慮剪力，還有些甚至只取了軸力設(shè)計(jì)值。若獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)荷載取值不合理，將會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的不安全或者材料浪費(fèi)。

2. 基礎(chǔ)拉梁層的計(jì)算模型問題

基礎(chǔ)拉梁層進(jìn)行框架整體計(jì)算一般都是采用TAT或者SATWE等程序，由于基礎(chǔ)拉梁層無樓板，因此計(jì)算時(shí)樓板厚度應(yīng)取零，并且定義彈性節(jié)點(diǎn)，分析計(jì)算式應(yīng)該采用總剛分析方法。另外尤其是要注房屋平面不規(guī)則這一點(diǎn)。

3. 基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)問題

當(dāng)多層框架房屋基礎(chǔ)埋深較大時(shí)，可以在±0.000以下的合適的位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁，以減小底層柱的計(jì)算長度以及底層位移。設(shè)計(jì)時(shí)可按照框架梁的要求，按照規(guī)范要求設(shè)置箍筋加密區(qū)。以抗震的角度來考慮，應(yīng)該采用短柱基礎(chǔ)方案。通常情況，若獨(dú)立基礎(chǔ)埋置深度較小，或者以前埋置較深且已經(jīng)采用了短柱基礎(chǔ)，但是當(dāng)?shù)鼗涣蓟蛘咧雍奢d差異較大時(shí)，可設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁，其方位為沿著兩主軸方向。基礎(chǔ)拉梁的截面尺寸為：寬、高分別為1/20～1/30，1/12～1/18倍柱中心距。而構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁的截面的寬、高則可以可取其下限值，也就是1/30與1/18柱中心距離，縱向受力鋼筋計(jì)算時(shí)則可以取其連接的柱子最大軸力設(shè)計(jì)值的十分之一，構(gòu)造配筋的配筋率必須滿足規(guī)范要求，同時(shí)，還要保證不得小于上下各214，鋼筋直徑不得小于8mm，間距為200mm。當(dāng)填充墻或者樓梯柱直接支撐于拉梁上時(shí)，則應(yīng)該將拉梁的界面適當(dāng)?shù)脑龃螅渑浣钜矐?yīng)該適當(dāng)?shù)脑黾?。若框架底層高度不高或者基礎(chǔ)過去埋深不大時(shí)，可以利用拉梁平衡柱底彎矩，這時(shí)應(yīng)該將基礎(chǔ)拉梁的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)大點(diǎn)。此時(shí)，應(yīng)正彎矩鋼筋全跨拉通，而負(fù)彎矩鋼筋至少應(yīng)在半跨拉通。其余要求均與上部框架梁完全相同。

4. 框架結(jié)構(gòu)帶樓電梯小井筒

井筒將會(huì)吸收地震剪力，以至于框架結(jié)構(gòu)承受的地震剪減小。因此框架結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能的不要設(shè)置鋼筋砼樓電梯小井筒。若實(shí)在不可避免時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)?shù)臏p薄井筒的壁厚，并且可以通過豎縫，結(jié)構(gòu)洞等方法將其剛度減弱。計(jì)算時(shí)，除按框架計(jì)算外，還應(yīng)該按照帶井筒的框架進(jìn)行復(fù)核，并且將與井墻連接的柱子的配筋進(jìn)行加強(qiáng)。另外，尤其要注意，出屋頂?shù)臉请娞蓍g與水箱間等結(jié)構(gòu)物的承重結(jié)構(gòu)必須采用框架梁結(jié)構(gòu)，而不能采用砌體墻;雨篷等構(gòu)件不能夠從承重墻挑出，而是應(yīng)該從承重梁上挑出;樓梯梁與夾層梁等不可以支承于填充墻上，而應(yīng)該由承重柱來支承。

5. 結(jié)構(gòu)計(jì)算中幾個(gè)重要參數(shù)選取問題

《抗震規(guī)范》中明確指出，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算出來的所有結(jié)果，都必須在經(jīng)過對其合理性、有效性認(rèn)真分析判斷后才能適用于工程設(shè)計(jì)。一般，電算的結(jié)果主要包括結(jié)構(gòu)的自振周期，樓層彈性層間位移、樓層地震剪力系數(shù)、樓層的彈塑性層間位移。樓層的側(cè)向剛度比，振型參與質(zhì)量系數(shù)，墻和柱的軸壓比及墻、柱、梁和板的配筋，底層墻和柱底部截面的內(nèi)力設(shè)計(jì)值?？蚣堋拐饓Y(jié)構(gòu)中抗震墻承受的地震傾覆力矩與總地震傾覆力矩的比值。要想對電算結(jié)果的合理性有一個(gè)正確的判斷，這就要求計(jì)算時(shí)必須選用正確的計(jì)算簡圖與合理的結(jié)構(gòu)方案，還得分別將抗震設(shè)防烈度以及場地類別正確的輸入，除此之外，還必須將電算程序中的其他參數(shù)準(zhǔn)確合理的輸入。

5.1 結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)的確定。

在建筑工程設(shè)計(jì)中，按照抗震設(shè)防來分類，一般的民用住宅建筑、公寓、辦公樓等，很多房屋建筑是屬于丙類建筑。當(dāng)我確定這些建筑的抗震等級(jí)時(shí)，通常是根據(jù)本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型以及建筑高度，來查《抗震規(guī)范》中的6.1.2表來確的。但是對于交通、電訊、消防、能源以及醫(yī)療類建筑，大型商場與體育場館等公共建筑，首先，就應(yīng)該確定其中哪些建筑物是乙類建筑。我們通常按照抗震設(shè)防烈度來計(jì)算乙、丙類建筑的地震作用。通常情況，乙類建筑，當(dāng)抗震設(shè)防烈度在6～8度時(shí)，應(yīng)該采取抗震措施。一般是在本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度的基礎(chǔ)上再增加一度，再查表來確定其抗震等級(jí)。若該乙類建筑處于7度地區(qū)，而其高度又超過規(guī)定的范圍，此時(shí)，就應(yīng)該采取更為有效的其他抗震措施。

5.2 地震力的振型組合數(shù)。

多層建筑結(jié)構(gòu)，若不需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算，其地震力的振型組合數(shù)不應(yīng)小于3;若振型組合數(shù)大于3，則應(yīng)該取3的倍數(shù)，但與小于建筑物的層數(shù);若房屋層數(shù)少于3層，振型組合數(shù)就取層數(shù)。不規(guī)則的高層建筑，當(dāng)需要考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，其振型數(shù)不應(yīng)小于9。建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)比較多或者其剛度變化較大時(shí)，其振型組合數(shù)應(yīng)越大，比如有轉(zhuǎn)換、小塔樓等建筑，其振型組合數(shù)不應(yīng)小于12，但是也不得多于3倍層數(shù)。我們一般可以采取振型參與質(zhì)量為總質(zhì)量的90%時(shí)所需要的振型數(shù)作為合適的振型數(shù)。在應(yīng)用SATWE 等程序進(jìn)行電算時(shí)，便可以將這種參與質(zhì)量的比值輸入進(jìn)去。但是，有些設(shè)計(jì)人員重視程度不夠，往往比較隨意的選取振型數(shù)，這是不行的。另外，只有在建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)比較明顯時(shí)，才采用耦聯(lián)計(jì)算，若必要時(shí)還是需要補(bǔ)充非耦聯(lián)計(jì)算。

5.3 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的確定。

框架結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榇嬖谔畛鋲?，其?shí)際剛度往往比計(jì)算剛度大。計(jì)算周期比實(shí)際周期大，因而，計(jì)算出來的地震剪力偏小，顯得結(jié)構(gòu)的安全性較差，所以應(yīng)該對結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p，但是折減系數(shù)不得過大。若框架結(jié)構(gòu)采用砌體填充墻，則其計(jì)算周期折減系數(shù)為0.6～0.7;若采用輕質(zhì)砌體或者砌體填充墻較少則可取0.7～0.8;當(dāng)全部用輕質(zhì)墻體板材時(shí)，折減系數(shù)為0.9。而只有無填充墻的純框架，才可以不進(jìn)行計(jì)算周期折減。

6. 結(jié)語

隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)由于具有結(jié)構(gòu)傳力明確、結(jié)構(gòu)靈活、整體性強(qiáng)、抗震能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中。雖然，其結(jié)構(gòu)形式看上去比較簡單，但是設(shè)計(jì)時(shí)若考慮不周全、不仔細(xì)就會(huì)出現(xiàn)這樣或者那樣的錯(cuò)誤，給建筑工程的建設(shè)造成不良的影響，有些錯(cuò)誤甚至?xí)o建筑結(jié)構(gòu)的安全造成影響，因此我們在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對以上問題逐一進(jìn)行落實(shí)，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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